Информационно-измерительные системы
К примеру, при регистрации информации требуется максимальная информативность, а при управлении и аварийной защите – минимальное время реакции и максимальная надёжность.
В зависимости от задач автоматизации испытаний конкретная система
строится как централизованная или как распределённая структура, состоящая из подсистем, объединённых местной вычислительной сетью. Обеспечение необходимого уровня надёжности достигается резервированием.
Резервирование – это способ обеспечения надёжности объекта (стенда) за счёт использования в нём дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения его работоспособного состояния при отказе одного или нескольких составных элементов.
В стендовых ИУС используются структуры трёх типов:
– одноканальные ИУС с дублированием управляющих контроллеров – наиболее простая архитектура, лежащая в основе многих ИУС для управления стендовым технологическим оборудованием (рис. 29);
Рис. 29. Одноканальная информационно-управляющая система
– дублированные ИУС – применяются при построении ИУС управления стендовым технологическим оборудованием с повышенными требованиями к безопасности испытаний (системы измерения и регулирования параметров объекта испытания). Дублированные ИУС по надёжности не уступают троированным при условии точного решения задачи автоматической диагностики отказа (рис. 30);
|
|
|
Рис. 30. Двухканальная (дублированная) информационно-управляющая система
– троированные ИУС – применяются при построении систем аварийной защиты, ИУС управления изделием, ИУС дискретного управления стендовым технологическим оборудованием с повышенными требованиями к безопасности испытаний (рис. 31).
Рис. 31. Трёхканальная (троированная) информационно-управляющая система
К числу наиболее серьёзных проблем, стоящих при создании систем
автоматизации испытаний относятся:
- выбор архитектуры системы, обеспечивающей требования к быстродействию, надёжности и вычислительной мощности оборудования для решения задач измерения, управления и аварийной защиты (опрос измерительных параметров – от 100 до 64000 изм./с, цикл управления – не более 10 мс, число параметров аварийной защиты – более 30);
- обеспечение единого времени и обмена данными в распределённой сетевой структуре, объединяющей все подсистемы автоматизации испытаний;
- обеспечение имитации объекта управления с помощью специального
оборудования для отладки программного обеспечения в режиме реального времени;
- обеспечение заданной точности измерений с учётом требований
|
|
|
искрозащиты и гальванической развязки измерительных каналов.
Информационно-измерительные системы
Современные стендовые информационно-измерительные системы (ИИС) и измерительные системы (ИС), должны обладать следующими особенностями:
- обеспечивать высокий уровень автоматизации, сводящий к минимуму возможность влияния на подготовку и проведение испытаний человеческого фактора;
- иметь высокую надёжность, способную обеспечить безотказность регистрации измерительных данных и исключающую необходимость повторных испытаний и связанные с этим финансовые затраты;
- ИИС должна быть утверждена (в соответствии с российским законодательством) как тип средств измерений, внесена в государственный реестр средств измерений и подвергаться поверке;
- ИИС должна иметь метрологические показатели, способные обеспечить установленную программой испытаний точность измерения параметров (например, при измерении расходов и температур криогенных компонентов).
Поскольку при испытаниях изделий РКТ измеряется большое количество параметров как самого объекта испытаний, так и технологических систем стендового комплекса и вспомогательных систем, а также с учётом особенностей испытываемых в ракетно-космической отрасли изделий (повышенные взрыво - и пожароопасность, использование опасных для здоровья и жизни человека компонентов топлива, высокая стоимость и уникальность самих изделий), к используемым ИИС должен предъявляться ряд дополнительных жёстких требований:
|
|
|
1. Обеспечение синхронизированной работы нескольких тысяч измерительных каналов. А также, в связи с возможностью возникновения необходимости в дополнительных данных, легкости масштабирования, т. е. обеспечения возможности и удобства организации дополнительных измерительных каналов без значительной доработки. Это достигается использованием модульной конструкции измерительно-вычислительных комплексов.
2. Дублирование измерительных каналов для обеспечения высокой помехоустойчивости измерительных каналов, надёжности измерений и регистрации полученных данных.
3. Обеспечение дистанционности измерений (информационно-измерительная и управляющая аппаратура, операторский пульт и станция сбора данных должны находиться на безопасном расстоянии от испытываемого изделия) и высокой степени автоматизации.
4. Обеспечение быстротой реагирования при получении результатов измерений.
|
|
|
5. Обеспечение визуального контроля измеряемых параметров (отображение процесса измерений на мониторах операторской станции, видеоизображение на стенде изделия, его наиболее ответственных деталей и узлов).
6. Обеспечение требуемой длительности и непрерывности представления и регистрации данных, в связи со значительным временем подготовки испытаний и проведения отдельных экспериментов (от нескольких часов до нескольких суток).
7. ИИС должна состоять из взаимозаменяемых и однотипных элементов (измерительных модулей, кроссировочных средств, нормализующих модулей и т. д.) для обеспечения ремонтопригодности и оперативности замены одного измерительного канала другим.
8. Измерительная аппаратура должна связываться с установленными на объекте испытаний датчиками искробезопасными электрическими цепями, обеспечивающими взрывозащиту при использовании легковоспламеняющихся и взрывоопасных компонентов топлива.
Принятая в настоящее время структура построения ИИС испытательного стенда предполагает объединение двух основных подсистем: программно-аппаратного комплекса и средств измерений стенда (медленноменяющихся и быстроменяющихся параметров) в единую синхронизированную систему измерения, регистрации и обработки данных. При этом измерительное оборудование должно обеспечивать возможность работы с широкой номенклатурой датчиков, которые могут применяться для первичного преобразования физического параметра (давления, температуры и т.д.) в электрический сигнал (ток, напряжение и т.д.). Так, например, для измерения давления могут применяться потенциометрические, тензометрические, вибрационно-частотные, индуктивные датчики; для измерения температур – термопары и термометры сопротивления; для измерения перемещения – потенциометрические датчики; для измерения тяги двигателя – тензометрические (мост, полумост, четвертьмост) и вибрационно-частотные датчики.
Наряду с этим в подсистему медленноменяющихся параметров могут
входить каналы измерения расходов, числа оборотов, деформации и т.п., оснащаемые датчиками как с токовым выходом, так и с выходом по напряжению. Типовыми быстроменяющимися параметрами являются параметры вибрации (виброускорения), переменное давление (пульсации давления), акустические параметры, динамические деформации (при испытаниях РКТ данная задача встречается сравнительно редко).
Высокопроизводительные ИИС, оперирующие большим объёмом измерительных параметров и информационными потоками от сотен тысяч до нескольких миллионов измерений в секунду, строятся по централизованному принципу, как правило, на крейтовом оборудовании в стандартах PXI и VXI, поддерживаемых ведущими мировыми (фирма NationalInstruments, фирма VXITechnology и др.) и российскими производителями. К числу последних можно отнести
фирмы НПП “Мера” и “Информтест” .
Измерительный крейт представляет собой корпус с объединительной платой, осуществляющей функции системной магистрали (PXI, VXI).
С помощью разъёмов на объединительной плате в крейт устанавливаются измерительные модули различного типа. Один из модулей (контроллер) осуществляет функции управления обменом информации по системной магистрали (ввод, регистрация, передача данных и т. п.).
Типичным представителем централизованной крейтовой ИИС для стендовых испытаний ЖРД является созданный ФКП “НИЦ РКП” на платформе PXI дублированный измерительный комплекс, обеспечивающий измерение, регистрацию и обработку около 300 медленноменяющихся (ММП) и 100 быстроменяющихся (БМП) параметров, различных типов (более десятка) с частотой опроса от 100 до 32000 измерений в секунду.
Для испытаний ступеней ракет ИИС должны обеспечивать измерение
гораздо большего числа параметров – от 700 до 1500. В качестве примера можно привести VXI-измерительно-вычислительный комплекс (ИВК), созданный фирмой “Информтест” и ФКП “НИЦ РКП” для испытаний ступеней ракет “Ангара” в ФКП “НИЦ РКП”.
Суммарная информативность ИИС для испытаний ЖРД и ступеней ракет составляет около 2 млн. измерений в секунду с полной регистрацией
измерительного потока данных на жесткий диск. Хотя распределённые системы наиболее эффективны для стендовых информационно-управляющих систем (ИУС), в последнее время появляются ИИС, выполненные в новом стандарте LXI и использующем распределённые сетевые технологии Ethernet, дополненные средствами высокоточной
синхронизации времени.
Стандарт LXI был разработан консорциумом ведущих производителей и пользователей контрольно-измерительного оборудования, созданным в сентябре 2004 г. и насчитывающим уже более 40 членов.
Новая системная архитектура основана на использовании последних достижений компьютерных технологий, прежде всего преимуществ технологий передачи Ethernet, сетевых возможностей Internet, протоколов LAN и других. Высокие скорости ввода/вывода, отсутствие крейтов и интерфейсных кабелей, современное программное обеспечение в сочетании с хорошо зарекомендовавшими себя стандартами готовыхсредств измерительной техники определяет эффективность стандарта LXI.
В отличие от VXI и PXI-систем, которые жестко ограничены размерами крейтов, стандарт LXI содержит лишь рекомендации придерживаться спецификаций международного комитета. Модули в ширину или половину ширины стандартной стойки удобны для размещения плат и
Могут работать без необходимости использования крейтов.
Стандарт LXI также отличается от PXI и VXI тем, что каждый модуль или устройство системы имеет собственный блок питания, охлаждение, систему запуска, защиту от помех и интерфейс Ethernet. Таким образом, отдельные модули оборудования LXI могут быть использованы независимо от системы.
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 91; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!